透射型光强可调式自然光照明装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种透射型光强可调式自然光照明装置，在聚光反射镜的上表面边缘部固定有第一照度计，在照明室的入射口处固定有遮光筒，遮光筒内固定透射面，遮光筒的顶端部固定散光透射镜阵列，散光透射镜阵列的每一个镜元均与主控电路系统通过信号线相连，散光透射镜阵列中的每一个镜元均为凹透镜且能翻转，在照明室内对应遮光筒的长度方向上设第二照度计，第一照度计与主控电路系统通过信号线相连，第二照度计与主控电路系统通过信号线相连。本实用新型将大量的太阳光分割成一个个的单元量，通过控制若干单元量的有或无，来实现对系统通光量的准确控制，利用原本无法调控光强的太阳光，得到光强大小可以调控，光谱成分为真实太阳光的照明条件。
【专利说明】透射型光强可调式自然光照明装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光学实验仪器，尤其是一种透射型光强可调式自然光照明装置。
【背景技术】
[0002]模拟太阳光的光谱成分的照明装置，一直是各种检查、校准、标定过程和各种光学实验所需要的设备，因为很多室外使用的光学仪器，都必须充分考虑对太阳光光谱的响应情况，一些光学仪器则是以专门采集、分析和处理太阳光作为应用目的的，因此需要光强可调式的太阳光照明装置。
[0003]一般常用的方法是将各种不同波长的色光和可见光之外的辐射能，以模拟太阳光谱的比例，叠加在一起来合成人工太阳光，对其中无法直接提供的波段，则采用该波段两侧邻近波段的光进行融合来产生。
[0004]但太阳光本身不是非常确定的光谱比例，由于受到大气吸收、反射、折射和底层空气扰动的影响，空气中尘埃颗粒的反射、散射特性，水汽和云层的反射、吸收，以及地面辐射和大气逆辐射等情况的存在，实际上太阳光的成分是不断变化的，各波段的比例时刻处于波动过程中。
[0005]此外，各种不同波长色光的发光器件，其稳定性和寿命可能并不一致，难以保持长期的稳定工作，而且即使采用色光融合的方法，个别波段的色光仍然是难以得到的。人工模拟产生的太阳光，不会随着环境条件的变化而变化，而只能代表一种综合平均的光谱成分，在需要复杂多变的真实太阳光照明的时候，往往无法满足实验需求。而在室外直接得到的真实太阳光照明，其光强是无法人工调节的，并且其光强时刻处于变动之中，并不稳定。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种光谱成分与当前太阳光相同、还可以保持光强稳定并可以根据需要灵活调节光强大小的透射型光强可调式自然光照明装置。
[0007]按照本实用新型提供的技术方案，所述透射型光强可调式自然光照明装置，它包括聚光反射镜、散光透射镜阵列、主控电路系统与照明室，在聚光反射镜的上表面边缘部固定有第一照度计，照明室具有入射口，在照明室的入射口处固定有遮光筒，在遮光筒内固定有透射面，在遮光筒的顶端部固定有散光透射镜阵列，散光透射镜阵列中的每一个镜元均与主控电路系统通过信号线相连，散光透射镜阵列中的每一个镜元均为凹透镜且能翻转，在照明室内并对应遮光筒的长度方向上设有第二照度计，第一照度计与主控电路系统通过信号线相连，第二照度计与主控电路系统通过信号线相连。
[0008]第二照度计安装在照明室内并对应遮光筒的轴线方向上。
[0009]所述散光透射镜阵列中的所有镜元呈中心对称布置。
[0010]还设有转台，在转台上安装有三根升降轴，在升降轴的顶端部铰接有聚光反射镜；所述转台的转动驱动机构与主控电路系统通过信号线相连，升降轴的升降驱动机构与主控电路系统通过信号线相连。
[0011 ] 所述透射面由高透光率的漫透射材料制成。
[0012]所述照明室的内壁由高反射率的漫反射材料制成。
[0013]所述遮光筒的内壁由高反射率材料制成。
[0014]本实用新型具有以下优点:
[0015]1、本实用新型将大量的太阳光分割成一个个的单元量，通过控制若干单元量的有或无，来实现对系统通光量的准确控制，利用原本无法调控光强的太阳光，得到光强大小可以人为调控的，光谱成分为真实太阳光的照明条件；
[0016]2、本实用新型将散光透射镜阵列中的每一个镜元都进行编号，编号的顺序按照中心对称的方式布局，由中心向外围依次排布，打开镜兀时，按照顺序依次打开，关闭镜兀时，按照反序依次关闭；
[0017]3、本实用新型采用控制电路、驱动电机、转台、升降轴等，来控制聚光反射镜或平面反射镜阵列的方向和倾角，使其跟随太阳的高度和角度实时运动，保持反射光以固定不变的方向投向散光透射镜阵列；
[0018]4、本实用新型采用第一照度计和第二照度计形成自反馈机制，将照度计采集到的照度值输入给主控电路系统，对通光量进行实时修正，使照明室内受照面的照度保持稳定;
[0019]5、本实用新型中的透射面采用漫透射材料或导光材料制成，使光能够较为均匀的透射到照明室内的受照面上，避免形成一个个单独存在的亮斑；
[0020]6、本实用新型采用模拟太阳光谱的人工光源作为备用光源，当不需要真实太阳光光谱的照明光时，在环境光较弱或阴雨天气的情况下，可以用备用光源提供照明光，使系统具备全天候工作的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023]该透射型光强可调式自然光照明装置，它包括聚光反射镜5、散光透射镜阵列6、主控电路系统7与照明室4，在聚光反射镜5的上表面边缘部固定有第一照度计1，照明室4具有入射口，在照明室4的入射口处固定有遮光筒10，在遮光筒10内固定有透射面3，在遮光筒10的顶端部固定有散光透射镜阵列6，散光透射镜阵列6中的每一个镜元均与主控电路系统7通过信号线相连，散光透射镜阵列6中的每一个镜元均为凹透镜且能翻转，在照明室4内并对应遮光筒10的长度方向上设有第二照度计2，第一照度计I与主控电路系统7通过信号线相连，第二照度计2与主控电路系统7通过信号线相连。
[0024]第二照度计2安装在照明室4内并对应遮光筒10的轴线方向上。
[0025]所述散光透射镜阵列6中的所有镜元呈中心对称布置。
[0026]还设有转台9，在转台9上安装有三根升降轴8，在升降轴8的顶端部铰接有聚光反射镜5 ;所述转台9的转动驱动机构与主控电路系统7通过信号线相连，升降轴8的升降驱动机构与主控电路系统7通过信号线相连。
[0027]所述透射面3由高透光率的漫透射材料制成。
[0028]所述照明室4的内壁由高反射率的漫反射材料制成。
[0029]所述遮光筒10的内壁由高反射率材料制成。
[0030]本实用新型利用太阳光作为初始光源，设置一块聚光反射镜5，且聚光反射镜5由一块大凹面镜或者由多块平面反射镜构成的反射面为凹面的平面反射镜阵列，聚光反射镜5由主控电路系统7、升降轴8、转台9控制，可以跟随太阳的高度和角度自动调整自身的方向和倾斜角度，保证反射光始终以固定不变的角度入射到散光透射镜阵列6上。
[0031]散光透射镜阵列6由数量众多的小块圆形凹透镜作为镜元，按照一定的排序，组成环形、方形或正六角形阵列元，众多阵列元最终组成散光透射镜阵列。散光透射镜阵列当中的每个镜元都能在主控电路系统7的控制下，打开或关闭，将聚光反射镜5反射来的汇聚光，再以固定不变的方向透射到透射面3上。散光透射镜阵列6中的每一个镜元，都设置有固定的序号，由主控电路系统7按照事先设定的顺序，依据所需通光量的大小，依次打开镜元，打开后的镜元即可将聚光反射镜5反射来的汇聚光，发散后再透射给透射面3 ;当所需通光量增加时，依次打开更多的镜元，以增加通光量；当所需通光量减小时，再按照相反的顺序，依次将打开的镜元关闭，以减小通光量。
[0032]透射面3由透过率高的漫透射材料制成，如乳白玻璃，或采用导光材料制成，使光能够尽量均匀的透过透射面3进入遮光照明室4中，避免以一个个孤立的亮斑透过透射面3。
[0033]散光透射镜阵列6、透射面3、照明室4的入射口的形状应一致或相似，并由具有相同横截面形状的遮光筒10进行连接，遮光筒10内壁选用白色高反射率材料制成，或涂布白色高反射率涂料，也可以粘贴柔性镜面反光板。
[0034]照明室4的内壁选用白色闻反射率材料制成，或涂布白色闻反射率涂料，以提闻室内的照度，但不宜使用镜面反射材料。
[0035]实验时，在照明室4内，实验人员应穿着白色实验服，以减小对室内照度的影响。在聚光反射镜或平面反射镜阵列上设置第一照度计I，测量初始光源所提供的照度值，并用测得的照度值对所需通光量进行修正；在照明室4内设置第二照度计2，测量照明面的照度值，并用测得的照度值对所需通光量进行修正。
[0036]本实用新型的透射型光强可调式自然光照明装置，包括聚光反射镜5、散光透射镜阵列6、透射面3、照明室4、照度计1、照度计2、升降轴8、转台9和主控电路系统7共九个部分。先由聚光反射镜5将太阳光按照固定不变的角度反射到散光透射镜阵列6上，再由小透射镜阵6列按照所需的通光量，打开对应数量的透射镜元，将光透射到透射面3上，透射光透过透射面3进入照明室4内，提供所需的自然光照度，所需通光量由用户指定的照度值和第一照度计1、第二照度计2的测量值通过主控电路系统的计算得出。由此可以得到误差为单个镜元透射光强的自然光照明条件，镜元面积越小，误差越小，聚光反射镜或平面反射镜阵列的总反射面积越大，系统提供的照度上限就越大，但不超过聚光反射镜5接收光照度经过多次衰减之后的照度，衰减包括聚光反射镜5的反射衰减，透射镜元和透射面的透射衰减，系统内壁的反射衰减等，在上述总衰减率固定的情况下，系统提供的照度上限取决于初始光源的发光强度。在所有的小透射镜元都未打开的情况下，环境光直接通过系统外壁进入照明室4所形成的照度，为系统的‘暗照度’，计算所需光通量时，应先减扣掉这部分暗照度之后再进行计算。实际的‘暗照度’值很低，在系统密封情况良好的情况下，‘暗照度’的理论值为O。
[0037]本实用新型用主控电路系统7控制聚光反射镜5跟随太阳的高度和角度而转动，以保持恒定的方向将反射光投向散光透射镜阵列6 ;保持跟随转动的方法包括1、实时测量太阳的高度和角度；2、输入全年所有月、日、时、分的太阳高度和角度信息，使聚光反射镜按存储的信息自动转动，并每分钟做一次校正。
[0038]由聚光反射镜5将收集到的太阳光，进行会聚出射，使散光透射镜阵列6接收到的反射光更强，使系统输出的光通量更高，可以大幅提高照明室4内受照面的照度，满足高照度的需求，聚光反射镜5可以是内壁贴附镜面反射材料的普通凹面，也可以由多块平面反射镜按照相应的位置和角度组合成大的反射凹面，进一步加大反射装置的接收面积，从而收集更多的太阳光，提供更高的输出照度。
[0039]散光透射镜阵列6由数量众多的小透射镜组成，小透射镜为发散透镜，对入射光具有发散作用，可以将入射光进行发散出射，使出射光分散在整个透射面3上，避免以一个个小的亮斑出射，使照明室4内受照面上的光分布更均匀。
[0040]用户根据实际需求给出受照面所需的照度值，处理系统根据第一照度计I的测量值和第二照度计2提供的‘暗照度’值，自动计算出所需通光量以及需要打开或关闭镜元的数量和序号，给出指令，由主控电路系统7自动控制对应的镜元打开或关闭；
[0041]主控电路系统7会根据第一照度计I和第二照度计2的测量值，自动计算出所需通光量的调整量，并给出指令，由电控系统自动控制对应的镜元依次打开或关闭，以自动保持受照面照度的稳定；
[0042]当环境光较弱或阴雨天气时，可以用模拟太阳光谱的人工光源提供照明光，使系统具备全天候工作的能力。
【权利要求】
1.透射型光强可调式自然光照明装置，其特征是:它包括聚光反射镜(5)、散光透射镜阵列(6)、主控电路系统(7)与照明室(4)，在聚光反射镜(5)的上表面边缘部固定有第一照度计(I)，照明室(4)具有入射口，在照明室(4)的入射口处固定有遮光筒(10)，在遮光筒(10)内固定有透射面(3)，在遮光筒(10)的顶端部固定有散光透射镜阵列(6)，散光透射镜阵列(6)中的每一个镜元均与主控电路系统(7)通过信号线相连，散光透射镜阵列(6)中的每一个镜元均为凹透镜且能翻转，在照明室(4)内并对应遮光筒(10)的长度方向上设有第二照度计(2)，第一照度计(I)与主控电路系统(7)通过信号线相连，第二照度计(2)与主控电路系统(7)通过信号线相连。
2.如权利要求1所述的透射型光强可调式自然光照明装置，所述:第二照度计(2)安装在照明室(4)内并对应遮光筒(10)的轴线方向上。
3.如权利要求1所述的透射型光强可调式自然光照明装置，其特征是:所述散光透射镜阵列(6)中的所有镜元呈中心对称布置。
4.如权利要求1所述的透射型光强可调式自然光照明装置，其特征是:还设有转台(9)，在转台(9)上安装有三根升降轴(8)，在升降轴(8)的顶端部铰接有聚光反射镜(5);所述转台(9)的转动驱动机构与主控电路系统(7)通过信号线相连，升降轴(8)的升降驱动机构与主控电路系统(7)通过信号线相连。
5.如权利要求1所述的透射型光强可调式自然光照明装置，其特征是:所述透射面(3)由高透光率的漫透射材料制成。
6.如权利要求1所述的透射型光强可调式自然光照明装置，其特征是:所述照明室(4)的内壁由高反射率的漫反射材料制成。
7.如权利要求1所述的透射型光强可调式自然光照明装置，其特征是:所述遮光筒(10)的内壁由高反射率材料制成。
【文档编号】F21V21/28GK203413536SQ201320561682
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】张毅, 李东跃, 金正
申请人:无锡市星迪仪器有限公司